Siêu vật liệu

Các nhà nghiên cứu hiện đang khám phá các khả năng liên quan đến một loại vật chất nhân tạo được gọi là siêu vật liệu .

Vật chất tự nhiên thể hiện hành vi dựa trên các phân tử tạo nên nó - nguyên liệu nguyên tử tạo nên sản phẩm hoàn chỉnh quyết định sản phẩm sẽ có những đặc tính nào. Ví dụ, hãy xem mối quan hệ giữa gỗ và ánh sáng . Gỗ, giống như tất cả các vật chất tự nhiên, phản xạ và khúc xạ ánh sáng. Nhưng mức độ phản xạ và khúc xạ của ánh sáng phụ thuộc vào cách sóng điện từ của ánh sáng tương tác với các hạt - như electron - tạo nên gỗ.

Với siêu vật liệu, tổng các bộ phận, không phải bản thân các bộ phận, quyết định cách thức hoạt động của vật liệu. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng bằng cách sử dụng các vật liệu nhất định - như vàng và đồng được sắp xếp theo các hoa văn và hình dạng nhất định - họ có thể kết hợp các đặc tính của những vật liệu đó. Nói cách khác, không giống như vật chất tự nhiên, hành vi của siêu vật liệu phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu tạo nên nó và cách các vật liệu được kết hợp với nhau.

Vậy làm cách nào để siêu vật liệu làm cho một thứ gì đó có vẻ vô hình? Để đơn giản hóa nó, David R. Smith của Đại học Duke gợi ý điều này: Hãy tưởng tượng một tấm vải được dệt bằng chỉ. Trong loại vải này, ánh sáng chỉ được phép truyền qua các sợi chỉ (có nghĩa là nó không thể đi vào các ngóc ngách giữa các sợi chỉ). Nếu bạn dùng đinh ghim đục một lỗ trên vải, ánh sáng sẽ đi xung quanh lỗ và tiếp tục chuyển động ban đầu, vì ánh sáng chỉ có thể truyền qua sợi chỉ. Vì vậy, đối với sóng ánh sáng, lỗ hổng không tồn tại. Nếu bạn đặt một vật thể vào trong lỗ, sóng ánh sáng cũng sẽ truyền xung quanh vật thể đó, khiến vật thể trở nên vô hình một cách hiệu quả [nguồn: Đánh giá công nghệ ].

Đây là những gì về mặt lý thuyết siêu vật liệu có thể làm: Chúng dẫn hướng ánh sáng xung quanh một vật thể, thay vì phản xạ hoặc khúc xạ ánh sáng. Vì vậy, đối với sóng ánh sáng - và mắt người cảm nhận được chúng - đối tượng cũng có thể không có ở đó. Nếu các sóng ánh sáng có thể được dẫn hướng bởi các siêu vật liệu xung quanh vật thể và quay trở lại hướng ban đầu của nó, thì vật thể cũng sẽ không tạo bóng. Đây là một mục tiêu khác của việc sử dụng siêu vật liệu để tạo ra các thiết bị che giấu.

Smith là một trong số các nhà nghiên cứu sử dụng siêu vật liệu để điều khiển vi sóng - sóng điện từ được sử dụng trong radar . Để thao tác hiệu quả một bước sóng điện từ thuộc bất kỳ loại nào, siêu vật liệu được sử dụng phải nhỏ hơn bước sóng. Vì bước sóng của vi sóng được đo bằng đơn vị cm, các nhà khoa học có công nghệ tạo ra siêu vật liệu đủ nhỏ để thao tác với chúng, chuyển động sóng xung quanh một vật thể. Ví dụ, một máy bay ném bom tàng hình được bọc trong lớp siêu vật liệu phù hợp, có thể tàng hình trước radar. Tấm chắn sẽ được nhìn thấy, nhưng radar sẽ không thể phát hiện ra máy bay.

Làm cho toàn bộ máy bay không thể nhìn thấy bằng mắt thường là một thách thức lớn hơn. Thứ nhất, chúng ta hiện không có công nghệ sản xuất vật liệu ở quy mô nhỏ cần thiết để điều khiển sóng ánh sáng. Bước sóng ánh sáng được đo bằng nanomet (phần tỷ mét), và siêu vật liệu cần thiết để chặn ánh sáng thậm chí phải nhỏ hơn thế. Một thách thức khác là một thiết bị che phủ siêu vật liệu sẽ phải được bố trí để điều khiển ánh sáng trên toàn bộ quang phổ khả kiến, bởi vì các màu khác nhau tồn tại trên các bước sóng khác nhau. Và cuối cùng, một thiết bị che giấu sẽ đưa một người ở bên trong vào bóng tối, vì ánh sáng thường chiếu tới người đó sẽ bị chuyển hướng xung quanh thiết bị che giấu.

Nếu việc nghiên cứu và tài trợ cho siêu vật liệu tiếp tục với tốc độ hiện tại, những thách thức này có thể sớm được khắc phục. Nhưng có những thách thức khác phải được giải quyết trước khi công nghệ này trở nên thực tế. Một yêu cầu của dự án DARPA là nó không đối xứng . Điều này có nghĩa là người mặc bên trong có thể nhìn ra ngoài, nhưng người đó sẽ vô hình với bất kỳ ai bên ngoài bộ đồ. Một khi những vấn đề này được giải quyết, quân đội của tương lai có thể rất khó phát hiện ra.

Để biết thêm thông tin về ánh sáng, khả năng tàng hình và các chủ đề liên quan, hãy truy cập trang tiếp theo.

Những bài viết liên quan

Các liên kết tuyệt vời hơn

Nguồn